介绍

最近对 Duplex 钢在阴极保护下的行为研究揭示，在置于自然环境中时，存在从高拉伸应变点开始裂缝并蔓延的可能性，这可能会导致管道及相关组件发生灾难性断裂。此研究结果对于许多将 Duplex 钢用于关键部件的现有及未来海下设施具有重要影响。

研究

2006 年 ConocoPhillips 的 Ekofisk 新开发包括用 Duplex 钢制造的 18” NB 64.9Bar 海下管线。此管线及其中的所有连接器设计都考虑了最新研究结果，以满足 DNV HISC II 项目评估的要求并获得运营执照。

Taper Lok® 连接器因其杰出的性能并能够满足新设计的要求（最大应变集中是需要研究的新概念），而被 ConocoPhillips 选用于管道中。为研究所选用的 Taper Lok® 连接器在可能发生超范围应变的区域中的情况，我们采用了 2D 轴对称有限元分析。设计分析分为两个部分：

a) 考虑线性材料属性，寻找可能超过 80% 屈服的区域。

b) 对于确实超过 80% 屈服的区域，考虑非线性材料属性，研究同一区域中的最大应变水平。

在总截面厚度上的最大理论应变最终接受标准为 0.4%，但在不到 5% 截面厚度的区域的最大峰值为 0.6%。

此外，还考虑了应变的方向，因为在以压力为主的区域不太可能断裂并让裂纹蔓延，因此其处理方式不同于高拉伸力区域。

Taper Lok® 连接器的初始分析显示了我们预计出现潜在高应变/张力集中的区域（例如，尖角、垫片、焊接斜面），但是所有这些重点区域都能通过简单的几何形状小改变或涵盖包含较大的半径范围来削减。

有限元分析允许几何形状发生简单变化，并迅速进行重新分析，这样便可很快获得适应这种变化的设计以投入生产。通过将法兰区域分成若干小区域并在感兴趣的小区域中建立大密度网眼，而对其他不受影响的法兰区域进行相对较粗的分割，从而实现非常准确的分析。

测试显示 Taper Lok® 连接器是适合该应用并满足新设计要求的理想选择，这是因为相对较低的螺栓预张紧不会产生非常高的集中负载，大面积垫圈均匀地分散了接触力，在螺栓张紧期间没有预期的法兰滚动/变形。Taper Lok® 连接器的长刮扫轴颈允许压力从管道均匀地传送到法兰体，而不是撞击法兰面的尖角而使压力增大。

除了通过执行有限元分析以确保消除所有潜在的高压力/应变集中区域外，我们还实施了以下原则：

• 选择适合的钢铁制造厂和铸造厂，它们应能够满足选定级别 (ASTM A182 F60) 铸造材料的严格微结构要求（含铁量和颗粒精细度）。
• 保持环境和设备“洁净”，以确保材料在内部生产和处理流程中（在新的木箱中运输各个部件以进行拾取和钝化处理）始终不会受到污染。
• 用热喷涂铝 (TSA) 涂覆所有连接器以防止 Duplex 钢表面在服务期间曝露在环境中。

所有 Welding Units 执行的工作都由 ConocoPhillips 和 DNV 来审查和验收 — 然后法兰可获得使用许可。

此项工作成果为最近发布的 DNV 技术报告 No. 200503237《Duplex 不锈钢设计指南 – 用于曝露于阴极保护下的海下设备》提供了宝贵的信息

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